1、2021-10-291單片微機原理及單片微機原理及應用應用2021-10-292教材教材書書 名：名： 單片微機原理及應用單片微機原理及應用 第第3 3版版出版社：出版社： 機械工業出版社機械工業出版社作者：作者： 丁元杰丁元杰2021-10-293課程目的和基本要求課程目的和基本要求 理解微型計算機的基本概念理解微型計算機的基本概念 掌握掌握MCS-51MCS-51系列單片機的硬件結構系列單片機的硬件結構 MCS-51MCS-51系列單片機的部件系列單片機的部件 了解其工作方式了解其工作方式 掌握掌握MCS-51MCS-51系列單片機的指令系統系列單片機的指令系統 掌握掌握MCS-51MCS

2、-51系列單片機系統的擴展方法系列單片機系統的擴展方法 掌握掌握MCS-51MCS-51系列單片機系統的接口方式系列單片機系統的接口方式2021-10-294成績評定成績評定 開卷考試開卷考試( (帶教材與手寫筆記帶教材與手寫筆記) ) 筆試筆試(60)+(60)+平時成績平時成績(10)+(10)+上機考試上機考試(20)+(20)+實實驗報告驗報告(10)(10)2021-10-295緒論緒論問題引入問題引入假設要設計一個電力監測的信息采集與傳輸終端，假設要設計一個電力監測的信息采集與傳輸終端，實現以下功能實現以下功能: :(1)(1)多種信號的數據采集多種信號的數據采集(2)(2)數據效

3、驗，幀結構制定數據效驗，幀結構制定(3)(3)本地存儲本地存儲(4)(4)液晶（液晶（LCDLCD）屏顯示相關信息）屏顯示相關信息(5)(5)通過通過3G/GPRS3G/GPRS網絡與后臺主機通信網絡與后臺主機通信(6)(6)按鍵實現人機交互按鍵實現人機交互2021-10-296緒論緒論如何實現？如何實現？2021-10-297緒論緒論 最簡單的方法是，我們需要一個器件，該器件支最簡單的方法是，我們需要一個器件，該器件支持以下功能：持以下功能：(1)(1)內含微處理器，有自己的機器語言，可以按需內含微處理器，有自己的機器語言，可以按需編程編程(2)(2)有并行接口，可以外接數據輸入、存儲器、液

4、有并行接口，可以外接數據輸入、存儲器、液晶顯示模塊等晶顯示模塊等(3)(3)有串口，可以連接有串口，可以連接GPRS/3GGPRS/3G模塊模塊(4)(4)有外部中斷輸入接口有外部中斷輸入接口(5)(5)內置定時內置定時/ /計數器計數器(6)(6)內部擁有程序運行所需的寄存器與存儲器內部擁有程序運行所需的寄存器與存儲器這個器件可由單片機承擔這個器件可由單片機承擔2021-10-298緒論緒論 單片微型計算機單片微型計算機： 計算機計算機 體積小、價格低、使用方便體積小、價格低、使用方便 微型計算機微型計算機 微型計算機微型計算機 主要部件集成在一塊芯片上主要部件集成在一塊芯片上 單片微型計算

5、機單片微型計算機單片微型計算機又稱為單片微型計算機又稱為單片微機、單片機、單片微機、單片機、 微控制器微控制器 2021-10-299緒論緒論 CPU 存儲器存儲器 RAM單片機單片機 ROM IO接口接口 定時器計數器、中斷系統定時器計數器、中斷系統 功能部件功能部件 AD、DA、DMA 2021-10-2910第第1 1章章 微型計算機的基本概念微型計算機的基本概念 1 1 概述概述 2 2 微處理器微處理器 3 3 存儲器存儲器 4 I/O4 I/O接口電路接口電路 2021-10-2911 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成1.1. 計算機結構計算機結構 2021-10

6、-2912 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成2.尋址能力尋址能力 尋址能力指尋址能力指CPUCPU對內存訪問的空間的大小，它對內存訪問的空間的大小，它取決于地址總線的寬度。取決于地址總線的寬度。 10 10位位 1024 1K 1024 1K 20 20位位 1024K 1M 1024K 1M 30 30位位 1024M 1G 1024M 1G 40 40位位 1024G 1T 1024G 1T 50 50位位 1024T 1024T 1P 1P 60 60位位 1024P 1E 1024P 1E2021-10-2913 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成3.

7、字長字長: :機內的所有信息均用二進制表示機內的所有信息均用二進制表示 計算機所用二進制代碼的位數稱為該計算機的字長計算機所用二進制代碼的位數稱為該計算機的字長 8 8位位 字節字節 byte byte 16 16位位 字字 word word 32 32位位 雙字雙字 double word double word PCPCXT 286 386 486 586 XT 286 386 486 586 數據線數據線 （字長）（字長） 8 16 32 32 8 16 32 32 3232（6464） 地址線地址線 20 24 32 32 32 20 24 32 32 32 最大物理內存最大物理內存

8、 1M 16M 4G 4G 4G 1M 16M 4G 4G 4G 2021-10-2914 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成4. 4. 微型計算機結構微型計算機結構 在大規模集成電路技術的支撐下，計算機可做到體積在大規模集成電路技術的支撐下，計算機可做到體積小，重量輕，使用方便，功能完備，形成微型計算機。小，重量輕，使用方便，功能完備，形成微型計算機。 2021-10-2915 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成4. 4. 微型計算機結構微型計算機結構CPU (CPU (中央處理單元中央處理單元 微處理器微處理器) CPU CPU是微型計算機的核心，它包含：是

9、微型計算機的核心，它包含：ALUALU：對輸入對輸入CPUCPU的數據進行運算（算術及邏的數據進行運算（算術及邏輯運算）輯運算）控制器：控制器：完成同步定時（時鐘電路）及產生完成同步定時（時鐘電路）及產生控制信號（控制電路）控制信號（控制電路）工作寄存器：工作寄存器：存放操作數及中間結果存放操作數及中間結果 2021-10-2916 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成4. 4. 微型計算機結構微型計算機結構存儲器存儲器 memory memory： 完成記憶功能，用于存儲數完成記憶功能，用于存儲數據，由多個存儲單元構成。據，由多個存儲單元構成。存儲單元存儲單元：具有特定地址的存

10、儲單位，存儲信息分為：具有特定地址的存儲單位，存儲信息分為若干二進制位，若干二進制位，8 8位機為位機為8 8位（位（bitbit）, ,即即1byte1byte，1616位機為位機為1616位，即位，即1 1個字（個字（wordword）。）。地址地址：訪問某存儲單元的特定位置編號（例如，要在：訪問某存儲單元的特定位置編號（例如，要在教室找某一個人，要知道他在幾排第幾位），地教室找某一個人，要知道他在幾排第幾位），地址由二進制碼構成，二進制位數決定了單元多少。址由二進制碼構成，二進制位數決定了單元多少。2021-10-2917 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成4. 4. 微

11、型計算機結構微型計算機結構存儲容量：存儲容量：存儲容量與地址位數相關存儲容量與地址位數相關 8 8位地址位地址 2 28 8 為為256256個存儲單元個存儲單元 16 16位地址位地址 2 216 16 為為64K64K 20 20位地址位地址 2 22020 為為1M1M存儲器讀：存儲器讀：CPUCPU從存儲器中取數據的過程，讀數從存儲器中取數據的過程，讀數據不影響原存儲單元內容。據不影響原存儲單元內容。存儲器寫：存儲器寫：CPUCPU將數碼寫入存儲器的過程，寫入將數碼寫入存儲器的過程，寫入的新數據取代原數據。的新數據取代原數據。2021-10-2918 1 概述概述1 11 1 計算機的

12、組成計算機的組成4. 4. 微型計算機結構微型計算機結構IO接口電路：接口電路：CPU與外設之間的橋梁，完成速度匹配，數據與外設之間的橋梁，完成速度匹配，數據格式轉換（串并轉換，位數轉換），信號轉格式轉換（串并轉換，位數轉換），信號轉換等功能。換等功能。 2021-10-2919 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成4. 4. 微型計算機結構微型計算機結構 總線：總線：微型計算機的各芯片間或芯片內部各部件之間的微型計算機的各芯片間或芯片內部各部件之間的一組公共通信線。一組公共通信線。 總線分總線分DBDB（data busdata bus） AB AB（address busad

13、dress bus） CB CB（control buscontrol bus） 總線結構大大減少了連線數量，但必須使用緩沖器，并總線結構大大減少了連線數量，但必須使用緩沖器，并分時傳送。分時傳送。2021-10-2920 1 概述概述1 11 1 計算機的組成計算機的組成4. 4. 微型計算機結構微型計算機結構2021-10-2921 1 概述概述1-2 1-2 微型計算機的軟件微型計算機的軟件 軟件是使微機自動工作的必要條件。軟件是使微機自動工作的必要條件。 軟件是控制及管理計算機的多種軟件是控制及管理計算機的多種programprogram，而，而programprogram是由各種微機

14、可識別的是由各種微機可識別的instructioninstruction構構成。成。指令：指令：是控制計算機的各種操作命令，特定的微機是控制計算機的各種操作命令，特定的微機有特定的指令系統（指令譯碼器），指令分操有特定的指令系統（指令譯碼器），指令分操作碼及操作數。作碼及操作數。 MOV A MOV A ， #20H #20H操作碼操作碼 目的操作數目的操作數 源操作數源操作數程序：程序：完成特定功能的一系列指令的有序集合。完成特定功能的一系列指令的有序集合。 2021-10-2922 1 概述概述1-2 1-2 微型計算機的軟件微型計算機的軟件機器語言、匯編語言、高級語言機器語言、匯編語言、

15、高級語言機器語言機器語言：機器可執行的二進制代碼。：機器可執行的二進制代碼。匯編語言匯編語言：由微機特定指令系統形成的編程語言，：由微機特定指令系統形成的編程語言，速度快，適用于精確控制，但編程復雜，不速度快，適用于精確控制，但編程復雜，不可通用。可通用。高級語言高級語言：獨立于機器的語言，易學易用。：獨立于機器的語言，易學易用。無論匯編語言，還是高級語言，最后都要轉換成無論匯編語言，還是高級語言，最后都要轉換成機器語言才能執行。機器語言才能執行。 2021-10-2923 1 概述概述1-2 1-2 微型計算機的軟件微型計算機的軟件機器語言、匯編語言、高級語言機器語言、匯編語言、高級語言 匯

16、編語言程序匯編語言程序 查表（一一對應）查表（一一對應） 機器語言程序機器語言程序 匯編程序匯編程序 編譯程序編譯程序 高級語言程序高級語言程序 機器語言程序機器語言程序 解釋程序解釋程序 源程序源程序 目標程序目標程序 2021-10-2924 1 概述概述1-3 1-3 計算機中的數計算機中的數 （1）進位制：）進位制：數值按不同的進位方法，常分為二進制數值按不同的進位方法，常分為二進制（B） 、十進制（、十進制（D D）、十六進制（）、十六進制（H H）。）。 * * 二進制：計算機中使用的計數制，只有二進制：計算機中使用的計數制，只有0 0、1 1兩個符兩個符號，逢號，逢2 2進進1

17、1。 1100 1100101101 * * 十六進制數十六進制數 可認為是對二進制數的簡化表現形式，它與二可認為是對二進制數的簡化表現形式，它與二進制數有明顯的對應關系。進制數有明顯的對應關系。 包含包含0 0、1919、A A、B B、C C、D D、E E、F 16F 16個符號，逢個符號，逢1616十六進十六進1 1 625122120212020212132101232021-10-29252 2 微處理器微處理器由于前面已講，微機由由于前面已講，微機由CPUCPU（微處理（微處理器）、存儲器、器）、存儲器、I/OI/O接口電路組成，以接口電路組成，以下分別講這些內容。下分別講這些內

18、容。微處理器由運算器、控制器、工作寄存微處理器由運算器、控制器、工作寄存器三部分組成。器三部分組成。微處理器外部有三總線，內部為單總線微處理器外部有三總線，內部為單總線結構，結構，如圖如圖2021-10-29262 2 微處理器微處理器 2-1 2-1 運算器運算器 運算器由算術邏輯單元（運算器由算術邏輯單元（ALUALU）、）、A A（AccumulatorAccumulator）, ,標志寄存標志寄存器器Flag(Flag(或或PSW),PSW),暫存寄存器暫存寄存器TRTR，BCDBCD調整電路組成。調整電路組成。 （1 1）ALUALU、TRTR與與A A* * ALU ALU完成各種

19、運算操作（算術及邏輯運算）完成各種運算操作（算術及邏輯運算）* * ALU ALU源數據來自源數據來自TRTR或或A A，其中與，其中與A A的數據交換是雙向的，即的數據交換是雙向的，即ALUALU既既可從可從A A中得到源數據，又可將數據放回中得到源數據，又可將數據放回A A，而從，而從TRTR得到數據是單得到數據是單向的，由于分時傳數，向的，由于分時傳數，TRTR起緩沖作用。起緩沖作用。* * 數據要經過內部總線傳送。數據要經過內部總線傳送。 （2 2）Flag registerFlag register，亦稱，亦稱PSWPSW由于存放由于存放ALUALU運算結果的特征，（運算結果的特征，

20、（OVOV、C C、ACAC等）等） （3 3）BCDBCD調整調整用于在用于在BCDBCD碼參與運算時，對結果進行調整。碼參與運算時，對結果進行調整。 2021-10-29272 2 微處理器微處理器 2-2 2-2 控制器控制器 控制器包含了控制器包含了IRIR、IDID及定時與控制電路及定時與控制電路 執行一條指令需要執行一條指令需要IRIR、IDID與定時與定時/ /控制電路協同完控制電路協同完成成 從存儲器取回該指令的機器碼，送從存儲器取回該指令的機器碼，送IRIR寄存，直到執寄存，直到執行完畢。行完畢。 由由IDID譯碼，識別該指令功效譯碼，識別該指令功效 由定時由定時/ /控制電

21、路產生一系列控制信號，控制各部控制電路產生一系列控制信號，控制各部件執行這一指令，定時件執行這一指令，定時/ /控制電路還可接收外部控制電路還可接收外部的控制信號或輸出控制信號。的控制信號或輸出控制信號。2021-10-29282 2 微處理器微處理器 2-3 2-3 工作寄存器工作寄存器CPUCPU中的寄存器很多，分中的寄存器很多，分通用寄存器通用寄存器及及特殊功能寄特殊功能寄存器存器。PCPC、SPSP就是兩個重要的特殊功能寄存器。就是兩個重要的特殊功能寄存器。通用寄存器將在以后介紹，現簡介通用寄存器將在以后介紹，現簡介PCPC及及SPSP。2021-10-29292 2 微處理器微處理器

22、 2-3 2-3 工作寄存器工作寄存器 （1 1） PCPC（program counterprogram counter）PCPC是管理程序執行順序的特殊功能寄存器（順序執行及跳轉）是管理程序執行順序的特殊功能寄存器（順序執行及跳轉）* * 復位復位，復位后，復位后PCPC總為總為0 0，故總從，故總從00000000處開始執行。處開始執行。* * 計數計數，取指令時總是根據，取指令時總是根據PCPC內容為地址，而每取回一字節內容為地址，而每取回一字節PCPC就就自動自動+1+1，故在執行指令時，故在執行指令時，PCPC總是指向下一條指令的地址。總是指向下一條指令的地址。 如右圖，在執行如右

23、圖，在執行A A指令時，指令時，PCPC值為值為B B指令的地址指令的地址 A A指令指令 B B指令指令* * 置位置位，PCPC值可直接從總線得到，這樣可實現跳轉值可直接從總線得到，這樣可實現跳轉如上圖，若如上圖，若A A指令為跳轉指令，在執行指令為跳轉指令，在執行A A時，時，PC BPC B指令指令而而A A指令執行完后，指令執行完后，PCPC值會發生變化。值會發生變化。2021-10-29302 2 微處理器微處理器 2-3 2-3 工作寄存器工作寄存器 （1 1） PCPC（program counterprogram counter）例例 下面語句的執行過程：下面語句的執行過程：

24、 0000H 74H 08H MOV A 0000H 74H 08H MOV A，#08H#08H 0002H 24H 04H ADD A 0002H 24H 04H ADD A，#04H#04H 0004H 24H 05H ADD A 0004H 24H 05H ADD A，#05H#05H 0006H 02H 22H 00H LJMP 2200H 0006H 02H 22H 00H LJMP 2200H 0009H 0009H 2200H 78H 7FH MOV RO 2200H 78H 7FH MOV RO，#7FH #7FH 2021-10-29312 2 微處理器微處理器 2-3 2

25、-3 工作寄存器工作寄存器 （2 2） SP SP（stack pointerstack pointer） 堆棧是一塊內存區域，遵循先進后出原則，用于保留一些參數堆棧是一塊內存區域，遵循先進后出原則，用于保留一些參數 用用PUSHPUSH或或POPPOP語句訪問語句訪問SPSP為最后入棧數據的地址為最后入棧數據的地址 PUSHPUSH時，先時，先SP+1SP+1，再以，再以SPSP為地址放數為地址放數POPPOP時，先按時，先按SPSP為地址取數，再為地址取數，再SP-1SP-12021-10-29323 3 存儲器存儲器3-1 3-1 概述概述計算機要完成一系列的運算及控制功能，必須有載體存

26、放其計算機要完成一系列的運算及控制功能，必須有載體存放其程序及數據，這就是存儲器。程序及數據，這就是存儲器。 （1 1）存貯器分類：）存貯器分類：外存的數據首先讀到內存再參與工作。外存的數據首先讀到內存再參與工作。 2021-10-29333 3 存儲器存儲器3-1 3-1 概述概述（2 2） 存貯器結構（內存）存貯器結構（內存）存貯器由存貯體、存貯器由存貯體、ARAR、ADAD（地址譯碼器）、（地址譯碼器）、I/OI/O控制控制電路組成。電路組成。存貯體由眾多存貯單元構成存貯體由眾多存貯單元構成一種地址線的信號組合稱為一個地址一種地址線的信號組合稱為一個地址, ,它對應于一個它對應于一個存貯

27、單元存貯單元 一個存貯單元可有一位，四位或八位等一個存貯單元可有一位，四位或八位等總共存貯容量為總共存貯容量為2 2N N* *M bitsM bits其中其中N N為地址線根數，為地址線根數，M M為存貯單元位數，若為存貯單元位數，若M M為為8 8，則存貯容量為則存貯容量為2 2N N Bytes. Bytes.如圖如圖2021-10-29343 3 存儲器存儲器3-2 RAM3-2 RAM（略）（略）3-3 ROM3-3 ROM（略）（略）3-4 3-4 堆棧堆棧 stack stack堆棧是微型計算機中隨機存取存貯器堆棧是微型計算機中隨機存取存貯器RAMRAM中的一個中的一個特殊區域，

28、是一組用先進后出方式暫存信息的一特殊區域，是一組用先進后出方式暫存信息的一組存貯單元。組存貯單元。2021-10-29353 3 存儲器存儲器3-4 3-4 堆棧堆棧 stack stack （1 1） 堆棧的作用堆棧的作用用于交換信息用于交換信息：用：用PUSHPUSH指令把信息壓入堆棧，再用指令把信息壓入堆棧，再用POPPOP指令把信息取出，指令把信息取出，起到交換信息的作用起到交換信息的作用。 在調用子程序時，用于保留現場信息和斷點地址。在調用子程序時，用于保留現場信息和斷點地址。 在調用程序后要恢復執行程序，并繼承原有的有關信息，要用到堆棧。在調用程序后要恢復執行程序，并繼承原有的有關

29、信息，要用到堆棧。 PushPushpoppop主程序主程序子程序子程序2021-10-29363 3 存儲器存儲器3-4 3-4 堆棧堆棧 stack stack （1 1） 堆棧的作用堆棧的作用保留現場信息用保留現場信息用PUSHPUSH指令，保留斷點地址在指令，保留斷點地址在call nncall nn時由硬件自動實現。時由硬件自動實現。恢復現場地址在子程序中由恢復現場地址在子程序中由RETRET指令自動實現，恢復指令自動實現，恢復現場信息由現場信息由POPPOP指令實現。指令實現。由堆棧先進后出的原則可順序實現子程序嵌套由堆棧先進后出的原則可順序實現子程序嵌套2021-10-29373

30、 3 存儲器存儲器3-4 3-4 堆棧堆棧 stack stack (2) (2)堆棧指針（堆棧指針（stack pointerstack pointer）既然堆棧是既然堆棧是RAMRAM中的一組特殊的存貯單元，那么必中的一組特殊的存貯單元，那么必須對其尋址，尋址是靠須對其尋址，尋址是靠SPSP寄存器實現的。寄存器實現的。由于由于MCS-51MCS-51的的RAMRAM為為128128或或256bytes,256bytes,故故SPSP為一個為一個8 8位位寄存器，它的值就是當前棧頂的位置（地址），即最寄存器，它的值就是當前棧頂的位置（地址），即最后一次壓入堆棧的數據的存放地址。后一次壓入堆棧

31、的數據的存放地址。建立堆棧用建立堆棧用MOV SPMOV SP，#data#data實現，在執行實現，在執行PUSHPUSH時時 SP SP+1 SP SP+1， （SPSP） 數據。數據。在執行在執行POPPOP時時 （SPSP）單元內容）單元內容 SP SP-1 SP SP-12021-10-29383 3 存儲器存儲器3-4 3-4 堆棧堆棧 stack stack (2) (2)堆棧指針（堆棧指針（stack pointerstack pointer） 例：例： l l 斷點地址（斷點地址（1234H1234H，5678H5678H）實際是）實際是CallCall指令下一條語句的地址，

32、因為執行指令下一條語句的地址，因為執行CallCall指令時，指令時，PCPC值為下一條語句。值為下一條語句。 l l SPSP初值為初值為60H60H，由于，由于SPSP為棧頂，在放數入棧時，為棧頂，在放數入棧時，SPSP要完成加要完成加1 1，故斷點地址從，故斷點地址從61H61H開始存放。開始存放。 l l在放地址時，實際是把在放地址時，實際是把PCPC的值入棧，要遵循低字節先，高字節后的原則，的值入棧，要遵循低字節先，高字節后的原則，RETRET返回時，則先高后低。返回時，則先高后低。2021-10-29394 I/O4 I/O接口電路接口電路 4-1 4-1 概述概述微型計算機主要包

33、含微型計算機主要包含CPUCPU、存貯器、存貯器、I/OI/O電路，可見電路，可見I/OI/O接口電路接口電路為其重要組成部分。為其重要組成部分。（1 1）I/OI/O接口電路主要功能：接口電路主要功能： 鎖存：速度匹配，暫存數據鎖存：速度匹配，暫存數據 * * 數據鎖存與緩沖數據鎖存與緩沖 緩沖：數據（地址）經緩沖：數據（地址）經I/OI/O電路掛入總線電路掛入總線 格式轉換（串并轉換）格式轉換（串并轉換）* * 信息轉換信息轉換 A/D A/D、D/AD/A轉換轉換 電平轉換電平轉換* * 地址譯碼地址譯碼 CPUCPU在掛接多個外設時，要對某個特定外設選通，在掛接多個外設時，要對某個特定

34、外設選通， 需要地址譯碼，需要地址譯碼，見圖見圖。 2021-10-29404 I/O4 I/O接口電路接口電路4-1 4-1 概述概述(2)(2)計算機與外設之間的信息交換計算機與外設之間的信息交換通常計算機與外設間交換多種信息通常計算機與外設間交換多種信息* *數據信息：數據信息：CPUCPU從外設讀取數據（如鍵盤）或將數據寫入外設（打印機）。從外設讀取數據（如鍵盤）或將數據寫入外設（打印機）。* *狀態信息狀態信息，從外設到計算機，如打印機在打印時會遇，從外設到計算機，如打印機在打印時會遇busybusy信息信息到計算機，使計算機暫不發送數據。到計算機，使計算機暫不發送數據。* *控制信

35、息控制信息從計算機到外設，如計算機在向打印機發送數據后會發出控制信從計算機到外設，如計算機在向打印機發送數據后會發出控制信息給打印機，告訴它數據準備就緒。息給打印機，告訴它數據準備就緒。三種信息或者三種信息或者分端口傳送分端口傳送或者或者分時傳送分時傳送。見圖見圖 2021-10-29414 I/O4 I/O接口電路接口電路4-1 4-1 概述概述（3 3）端口編址）端口編址 一個計算機可能連接多個一個計算機可能連接多個I/OI/O設備，必須有一種辦法來選定設備，必須有一種辦法來選定特定的特定的I/OI/O電路及其設備，因此存在一個電路及其設備，因此存在一個I/OI/O接口電路編址的問接口電路

36、編址的問題。題。l l 把把I/OI/O接口電路當成存貯器接口電路當成存貯器統一統一對待，象訪問存貯器一樣的對待，象訪問存貯器一樣的方法訪問接口電路。方法訪問接口電路。 特點：編程方便，但占用內存地址。特點：編程方便，但占用內存地址。l l 存貯單元與接口電路存貯單元與接口電路分別分別編址，因此接口電路的地址可以與編址，因此接口電路的地址可以與存貯單元相同，但可用指令區分之。存貯單元相同，但可用指令區分之。 2021-10-29424 I/O4 I/O接口電路接口電路4-2 4-2 數據傳送方式數據傳送方式計算機與外設的數據交換，通常有下面計算機與外設的數據交換，通常有下面4 4種方式：種方式

37、：（1 1）無條件傳送）無條件傳送CPUCPU和外設訪問不用關心數據是否就緒或丟失，按各自需要收、和外設訪問不用關心數據是否就緒或丟失，按各自需要收、發數據。發數據。CPU CPU 傳感器（慢變化）傳感器（慢變化） 不必擔心丟失數據不必擔心丟失數據 （CPUCPU隨時讀數據）隨時讀數據） CPU CPU 顯示（快顯示）顯示（快顯示） 不必擔心來不及顯示不必擔心來不及顯示 （CPUCPU隨時發數據）隨時發數據） 2021-10-29434 I/O4 I/O接口電路接口電路4-2 4-2 數據傳送方式數據傳送方式（2 2） 查詢方式查詢方式計算機和外設間需要知道對方狀態，再進行數據交換，以免丟計算

38、機和外設間需要知道對方狀態，再進行數據交換，以免丟失數據或錯誤。失數據或錯誤。查詢方式缺點是：查詢方式缺點是：CPUCPU大量時間花在查詢等待上，會降低效率大量時間花在查詢等待上，會降低效率。 2021-10-29444 I/O4 I/O接口電路接口電路4-2 4-2 數據傳送方式數據傳送方式（3 3）中斷方式）中斷方式l l 中斷特點中斷特點中斷是計算機的一項重要功能，用于實現數據傳輸，實中斷是計算機的一項重要功能，用于實現數據傳輸，實時控制，故障處理等多種功能。時控制，故障處理等多種功能。中斷用于處理突發事件，把中斷用于處理突發事件，把CPUCPU從反復的查詢等待中解從反復的查詢等待中解放

39、出來，不影響放出來，不影響CPUCPU的其它工作，大大提高了工作效率。的其它工作，大大提高了工作效率。中斷利于處理多種類事務的請求中斷利于處理多種類事務的請求中斷過程如右圖所示中斷過程如右圖所示 2021-10-29454 I/O4 I/O接口電路接口電路4-2 4-2 數據傳送方式數據傳送方式（3 3） 中斷方式中斷方式l l 中斷系統中斷系統實現中斷的軟硬件稱為中斷系統。實現中斷的軟硬件稱為中斷系統。 *中斷請求中斷請求外設向外設向CPUCPU申請中斷要有兩個條件：申請中斷要有兩個條件：1)1)外設向外設向CPUCPU發出申請，一般在外設數據準備好，請求發出申請，一般在外設數據準備好，請求

40、CPUCPU接收接收或外設請求或外設請求CPUCPU發送數據時，發出信號；發送數據時，發出信號；2)CPU2)CPU要允許中斷，否則就算外設有中斷申請，要允許中斷，否則就算外設有中斷申請，CPUCPU也不會理會。也不會理會。 下面下面照圖照圖分析中斷邏輯分析中斷邏輯 2021-10-29464 I/O4 I/O接口電路接口電路4-2 4-2 數據傳送方式數據傳送方式（3 3） 中斷方式中斷方式l l 中斷系統中斷系統*中斷優先權問題：中斷優先權問題：用于解決多個中斷同時出現問題用于解決多個中斷同時出現問題中斷系統可有多中斷源引腳，其優先權在計算機設計制造時就中斷系統可有多中斷源引腳，其優先權在

41、計算機設計制造時就有規定，無法自行更改。有規定，無法自行更改。中斷系統可能有多個優先級，各中斷源屬于哪一個優先級，可中斷系統可能有多個優先級，各中斷源屬于哪一個優先級，可由軟件實現。由軟件實現。 例例可能同一引腳包含多個中斷外設事件，可通過附加電路及軟件可能同一引腳包含多個中斷外設事件，可通過附加電路及軟件實現。實現。 2021-10-29474 I/O4 I/O接口電路接口電路4-2 4-2 數據傳送方式數據傳送方式（3 3） 中斷方式中斷方式l l 中斷系統中斷系統*中斷優先權問題中斷優先權問題優先權處理方法：優先權處理方法：多個中斷源同時中斷申請時，多個中斷源同時中斷申請時，CPUCPU先響應優先級高的中斷請先響應優先級高的中斷請求。求。在處理低優先級的中斷時，若遇到高優先級的中斷，則在處理低優先級的中斷時，若遇到高優先級的中斷，則CPUCPU暫停當前中斷服務程序，去響應高優先級的中斷，待完畢后再暫停當前中斷服務程序，去響應高優先級的中斷，待完畢后再繼續執行原中斷服務程序，叫做中斷嵌套。繼續執行原中斷服務程序，叫做中斷嵌套。在處理中斷時，若遇同級或級別低的中斷，則繼續執行當在處理中斷時，若遇同級或級別低的中斷，則繼續執行當前中斷服務程序，待執行完返回主程序，對執行一條指